全 文 ：第 14卷 第 3期
1 0 9 9年 9月
南 京 林 业 大 学 学 报
J O U R N A L O F N A N J I N G
F O R E S T RY U N I V E R SY I T
Vo l
.
14
Se Pt
.
N O
.
3
1 990
米储 、 拷树木材干燥工艺的研究
孙令冲 陈 瑶
(木材工业系 )
摘 要 探索了以木材表面开裂前的临界含水率梯度和临界张应变为指标控制干燥
过程 的新方法 .并在可逆循环侧面通风干燥窑内 , 对米储 ( C as t a n 口 sP is 。 ar le is
H a y ) 和拷树 ( c a s r a n o刀s l’s fo r g e s i i F r a n e h ) 木材进行了干燥工艺试验 . 提出 T 有效
干燥米储 、 拷树木材的低中温高湿基准 .
关键词 临界含水率梯度 ; 临界张应变 ; 干燥基准
米储和拷树两种木材 , 易开裂且不耐腐 , 是用材部门所不欢迎的木材 . 为了合理利用这
类木材资源 , 解决干燥技术问题已成为当务之急 .
在研究这两种木材的干燥工艺中 , 着重探索了以临界含水率梯度及临界应变为主要控制
干燥质量指标来确定蒸汽窑干基准方法 . 试图摆脱以经验为基础的研究方法 , 为今后实施以
窑干木材含水率梯度变异控制干燥过程创造条件 .
一 、 临界含水率梯度值和临界应变值的测定
木材在干燥过程中 , 其内各点的含水率分布构成了一数量场 。 由于板材端而积远小于侧
面积 , 可以认为含水率场仅是沿木材厚度变化的一维不稳定数量场 , 即
附 = 才 ( x , t )
式中: 附— 木材含水率 ; x— 木材厚度坐标 ; 了— 时间 .对某一特定时间 t口而言 , 含水率场仅是厚度 x 的函数 , 即 牙 = 才 ( x) . 这时含水率场
内 , 任一点 x 的含水率梯度为
氏 一 : ar J 才 _ 一票介 占 a 工 ( l )
在实际应用中 , 将木材临近开裂时 , 测 出的含水率梯度位 , 称为临界含水率梯度值 , 以标志
被干材种在干燥中必须调整基准或进行处理的讯号 。
木材干燥时的内应力 , 在尚无实用的测试仪表情况下 , 通常用木材的应变位表示 . 即从
木材锯取应力试片 , 沿厚度方向将试片切成薄片 , 量其变化的尺寸 , 结合弯曲与否和形状 ,
收稿日期 : 19 8-9 12印 8 .
判断应力的大小和性质 .应变值的计算式如下 :
L Z一 L I
。 一 几
式中 :一木材应变值 o (/0 ) ; L;— 试片切片前的长度 ;几— 试少全切片后的长度 .在实测中 , 将临近开裂时测得的应变值 , 称为被干材种的临界应变 , 作为木材即将开裂
的讯号 .
为了配合制定米储和拷树 (厚度 : 32 m m ) 被干材的干燥基准 , 先在烘箱内测定两树种
的临界含水率梯度值和临界应变值 . 从原木中按心 、 边材和径 、 弦向锯取试材 , 规格为 32
x 12 0 x 60 0 m m
, 每一树种 50 块 , 编号贮存 . 试验时 , 按树种每次取 10 块 , 先从试材上取
样 , 用烘干法测出初含水率 , 将试材封端放人烘箱 , 在温度 60 ℃条件下 , 每隔两小时 , 用
切片法测试材的含水率梯度值和应变值 , 并观察试材有无表裂 . 若某次观测时已有表裂现
象 , 将前次测得的数值就作为临界含水率梯度位和临界应变值 . 测量步骤 : 取出试材 , 截去
端部 10 m m , 锯取一块 10 m m 宽的试条 , 将试材封端放回烘箱 . 先用游标卡尺量取试条
上下两表层处长度 , 随即用切片刀沿试条厚度将其切成 8块 4 m m 厚的薄片 , 编号并用电子
秤称重 , 再量上下两表层的长度 , 然后用烘干法测出各薄片的含水率 .
根据试条切片前后的长度变化 , 算出上下两表层的应变值 。 (由于数值小 , 将数值乘 10
后用百分数表示 ) .
对各测点的含水率进行多项式回归 , 求得该时的含水率分布方程 . 对某一确定时间 与,
根据试材含水率高低可用 4 次或 2 次多项式表示 , 一般形式为 :
附 一 a + 。 x + e x Z + J x 3 + e x 4 ( 3 )
式中 a , b , c , d , 。 为常数 , x 为厚度坐标 . 当含永率分布方程为 4 次多项式时 , 含水率梯度方
程为 :
I吞 I一擎 一 。 + : e 二 + 3浮二 , + ; e二 ,
! x 1 d X
(4 )
当含水率分布方程为 2次多项式时 , 常数 d , c 均为 0 , 含水率梯度方程为 :
(5)计}吞 }一职 一 。 十 : cx! 石 1 a X
对 (4 )式或 (5) 式求极值 , 即可得到板材厚度上的最大含水率梯度点和最大含水率梯度值 .
算表明 , 这两树种木材总是在两表层取得含水率梯度最大值 .
按上述方法测算出两树种木材的临界含水率梯度值及应变值见表 1 .
根据表 1两种临界值的数值分别进行分布检验 , 检验结果如下 :
临界含水率值 : 临界应变值 :
最大值 二 17 .5 最大值 = 0 . 5 5
最小值 二 14 .6 最小值 = .0 27
平均值 二 16 . 0 4 平均值 = .0 4 0 46
标准差 = .0 4 83 0 标准差 = .0 049
卡平方值 = .4 9 642 卡平方值 = 4 . 6 8 0 5
X (0
.
0 5) = 16
.
9 19 X ( 0
.
0 5 ) = 1 6
.
9 1 9
结 论 : 服从正态分布 结 论 : 服从正态分布
表 1 米储 、 拷树临界含水率梯度值和临界应变值测定结果
T ab 1 kT h em e as u代 m n et o fr ei亡盖 e al m o is t u r e eo n t n et gr adi en t an d
e dt i cal t n esU es t r a应 n o fC. e ar ls ei i n adC
.
o fr gs ei
树种 临界含水率梯度值 (% ) 临界应变值仓% )
15 6 1 6 9 16
.
3 16
.
1 15
.
7 0
.
4 0 0
.
32 0
.
4 2 0
.
4 7 0
.
3 9
16
.
1 1 5
.
6 16 0 1 5
.
4 16
.
2 0
.
4 2 0
.
4 5 0
.
3 5 0
.
4 2 0 3 9
16
.
4 1 6
.
2 15
.
9 16
.
2 16
.
2 0
.
3 0 0
.
3 4 0
.
4 2 0
.
3 7 0
.
3 6
米 15 . 7 1 5 4 15 . 7 15 . 7 1 6 .4 0 . 4 5 0 .3 2 0 . 4 8 0 .4 0 0 . 4 5
15
.
9 1 6
.
6 15
.
9 17
.
3 15
.
6 0
.
4 8 0
.
4 0 0
.
3 9 0
.
3吕 0 . 4 0
15
.
6 1 6
.
5 17
.
0 16 3 15
.
3 0
.
4 3 0
.
4 1 0
.
4 8 0
.
3 9 0
.
4 5
枯 15 . 7 1 5 . 7 15 . 9 16 5 1 5 . 1 0 . 4 1 0 .4 0 . 4 0 .4 2 0 4 7
15 5 1 5
.
6 15
.
9 16 0 15
.
8 0
.
3 5 0
.
4 2 0
.
4 3 0
.
4 2 0
.
4 2
16
.
2 1 6 0 16
.
1 15
.
7 1 6
.
6 0
.
3 6 0
,
3 7 0
.
2 7 0
.
3 7 0
.
3 8
1 6
.
2 15
.
4 16
.
3 1 6
.
2 16
.
1 0
.
4 1 0
.
4 0
.
4 8 0
.
5 5 0 3 7
1 6
.
0 15
.
2 16
.
2 1 6
.
7 15
.
9 0
.
3 7 0 4 1 0 4 3 0
.
4 9 0
.
3 6
1 6
.
2 16
.
5 1 5
.
5 1 6
.
2 15
.
9 0
.
4 2 0 3 4 0
.
4 0 0
.
3 6 0
.
4 1
1 5
.
0 15
.
4 1 6
.
2 1 5 7 15
.
6 0
.
4 2 0
.
4 2 0
.
39 0
.
4 2 0
.
4 4
拷 1 6 5 15 . 2 1 6 . 8 1 6 . 0 16 5 0 4 4 0 3 7 0 . 37 0 . 3 4 0 . 37
1 6
.
8 16
.
0 1 5
.
9 1 5
.
8 16
.
0 0
.
3 6 0
.
5 3 0 3 9 0 4 6 0
.
39
1 6
.
3 16
.
1 1 6
.
8 1 5
.
9 16
.
5 0 3 3 0
.
4 3 0
.
50 0
.
4 5 0 3 6
树 1 6 . 1 16 .4 1 6 . 4 1 6 2 16 . 7 0 . 3一 0 . 4 5 0 . 39 0 . 3 7 0 . 3 7
1 5
.
5 16
.
2 1 6
.
3 1 6
.
2 16
.
2 0
.
3 8 0
.
4 0 0 39 0
.
3 6 0 3 5
1 5
.
6 1 5
.
7 14
.
7 1 5
.
7 1 5
.
8 0
.
4 6 0
.
3 7 0
.
4 1 0
.
4 9 0
.
4 2
1 6
.
1 16
.
4 1 6 8 1 7
,
5 15
.
7 0
.
4 1 0
.
4 2 0
.
4 3 0
,
3 4 0
.
4 2
从分布检验可得 ,
概
米储和拷树木材在临近破坏时的两种临界位的区间范围 :
率
临界含水率梯度区间
临界应变值区间
6 8
.
3%
【15 . 6 , 1 6 . 5]
[0
.
3 5 5 6
,
0
.
4 5 3 6 ]
9 5
.
4%
[ 15
.
1
,
17
.
01
0[
.
30 6 5
,
0
.
5 0 2 7 ]
9 9
.
7%
[ 14
.
6
,
1 7
.
5 ]
【0 . 2 5 7 5 , 0 . 50 2 7 ]
二 、 米储和拷树木材的窑干基准试验
试验是在 s m 〕 木材容量的可逆循环侧向通风铝内壳窑内进行的 . 对厚度为 32 m m 、 宽
度不等的米储 、 拷树木材进行了 3 次试验 . 基准形式有升温式和半波动式两种 . 每次试验定
时取样切取试验片 , 测量木材厚度各层的应变值和含水率位 , 计算测定时的含水率分布方程
和含水率梯度 . 根据测试情况 , 决定处理与否 , 处理 l付的介质状态在干燥前期时 , 温度较当
时基准的温度高 5一 10 ℃ , 湿度 中 = 10 0% ; 中期时 职 = 90 一 95 % ; 后 期的平衡调湿处理
时 , 巾 值较终了阶段对应的平衡含水率高 3 ~ 4 %取值 , 时间为 8一 10 h . 干燥结束后 , 对被
干试材进行质量检验 . 试验用基准及结果见表 2 ~ 5 .
一 0 1一
表 2 1#试验干燥基准及试验情况
T曲 Ic 2 Th edr y i n g s eh educ la n d ei r eu m sta n e es o ft hc i fr s t tc s t
工艺阶段 相应含水率阶段 介 质 状 态— 平衡含水平叹 % )延续时间 仆 )t千 (℃ )t沮 (℃ )中 ( % ) 38铭 2410> 6 0 %的 ~ 4 0 %4~ 0 3 0 %~ 3 0 2 5 %2~ 5 2 0 %2~ 0 15 %< 1 5%平衡处理调湿处理 18 . 515 . 513 . 513, 513 . 51 1 . 29 . 58 . 814 . 0On甘`沪-1`JQ叼, ,口ù、ù八UO产口00习Rù月矛.夕O`0.盈犯4850269“7150”68“7温操热燥升预干千
表 3 2 # 试验干燥基准及试验情况
T a b le 3 T h e d r y加9 s e h e d u l e a n d c i r e u m s t a n e e s o f t h e s e e o n d t e s t
工艺阶段 相应含水率阶段 介 质 状 态— 平衡含水率 (% ) 延续时间 ( h)t 干 (℃ ) t 位 (℃ ) 中 (% ) U`ù0728483061168.157温热操升预干中间处理 > 5 0%50 ~ 3 0 %30 ~ 2 0 %操燥干 燥 2 0 ~ 1 5%< 1 5%操干平衡处理
调湿处理
9
.
5
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八廿r、`n甘咤护`廿U呢Jf ,ùn凡砂h
o
n吞0o6子OJ11月了孟U0
甘`,了八U诊只U,`1曰4-2月I戈口4户04`J6心户O气甘矛夕七”506“7
表 4 3# 试验干燥基准及试验情况
T a b lc 4 T h e d r y i n g s e h e d u l e a n d e i r e u m s t a n e犷5 o f t h e t h i r d t e s t
工艺阶段 和应含水率阶段 介 质 状 态
t干 (℃ ) t吐 (℃ ) 中 郎 ) 平衡含水率
(% ) 延续时间伪)
一石6
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0兄ù6óUO八U内“0,刃6山、廿尹O月了4-l 8
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口孟夕Uó .月,.右且且.皿nUJI`Jl口户、甘n西Où月j,`口jlnù6`J矛011, JO吸161声
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60”5的78
升 温
预 热
干 操
中间处理
干 操
中间处理
干 燥
中间处理
干 燥
中间处理
干 燥
干 操
干 操
平衡处理
调况处理
> 6 0%
6 0 ~ 4 0%
4 0 ~ 3 0%
3 0 ~ 2 0%
2 0 ~ 1 5%
< 1 5%
一 6 2一
表 5
T al b e s
3次试验最大梯度值、 最大应变值及干燥质量检验结果
T be mx a加 u m m o s it ur e e ont ent gr a d ient , m a x im u m t e n s U e s t r a玩 a n d
d yr 盖n g q u a il t y o f t h r e e t e s t s
材料规格 平均初含 平均终含 干燥时间干燥均匀度水率 (% ) 水率 (% ) 伪 ) (% )
锯材厚度上
含水率偏差
(% )
应力偏差 最大含水率 最大张应变 外观 ’
(% ) 梯度值 (% ) (% ) 质盆
树种试验号
2)314匀6矛.屯矛.、.、几、了飞龟飞甘,`ō、ù1O碑422,J…00ùnUl 米储米储拷树
2 米枯
拷树
3 米储
3 2减 1 20m m 8 2 一 7
.
4 2 60
20 x 1 20幻。刃。 6 6 . 4 10 . 9 2 60
2 0 x 1 2 0m m 9 4
.
5 1 1
.
9 2 6 0
3 2 x 1 20m m 9 1
.
8 12
.
2 34 0
3 2 x 1 20m m 9 2
.
1 9
.
4 34 0
3 2 m m 10 6
.
6 12
.
2 4 70
+ 5
.
5
土 1 . 5
+4
一 .2 5
士 2 . 5
+ 3
一 1 . 5
土 3
3
.
5 ~ 5
l ~ 1
.
5
3 ~ 3
.
5
1 5 7
l 2
3
.
5 ~ 4 3
.
52
1
.
5 ~ 2 2
.
5 6
4 ~ 5 3
.
3 8
14
.
3
14
.
9
12
.
7
1 5
.
3
ZJ,J
ù
O尸州沪ù月J刁.
.
( l) 边材质盆好 . 部分端裂 . 芯材做心部纵裂严重 , 芯 、 边混合材有表裂或横弯 , 少部分皱缩 . (2 ) 少部分芯材板皱
缩 , 余质活良好 . (3) 芯材板有些端裂 、 皱缩 , 余质量良好 . (4 ) 10 % 的木材皱缩和内裂 . 6%的木材纵裂 , 部分木材轻微
翘弯 . (5 )木材无皱缩和内裂 , 8% 的木材纵裂 , 均是芯材板 . (6) 1 % 的木材皱缩和内裂 . 15 %的试材纵裂 , 9% 的试材
有不同程度的顺弯和横弯, 除皱缩和内裂的木材外 , 其余木材达到 3级千燥质量 .
三 、 讨 论 和 结 论
(一 ) 临界含水率梯度和临界应变
表 5 表明 , 32 m m 厚的米储试材在三次工艺试验中的最大含水率梯度分别为 15 . 7 , 14 . 9,
15
.
3
. 干燥质量均不符合要求 , 有开裂 、 皱缩等缺陷的试材占的比例较大 . 其中在第 3 号基
准干燥试验中虽然处理次数多 、 干燥时间较 1号基准试验长了 0 . 8倍 , 但两者的最大含水率
梯度值几乎相等 , 干燥质量并未得到改善 . 20 m m 厚米储试材及 32 m币厚拷树试材的最大
含水率梯度值较低 , 分别为 12 和 1.2 7 , 除带有髓心的试材开裂以外 , 其余试材未发现表 、
内裂 . 这些说明干燥开裂的缺陷与含水率梯度大小有数量界限关系 , 可以用这种量值来研制
新材种的干燥基准 , 摆脱以经验为基础的研究方法 , 以节省时间和试材 .
试验结果表明 , 引用临界含水率梯度作为控制干燥质量的量值是可行他 , 也是必要的 .
其数值应取分布检验中最大概率的低限为指标 , 因为木材是一种变异性很大的材料 , 供取样
的试材一般为好木料 , 数值自然会偏高 , 所以取低限值才有较大的代表性 . 米储和拷树木材
的临界含水率梯度值应为 14 . 6% . 三次工艺试验证明 , 凡是含水率梯度大于该指标的试材
开裂就多 , 反之则少或无 . 若考虑提高干燥质量等级 , 还应取更低值 .
由于临界应变值与临界含水率梯度值均服从正态分布 , 变化规律一致 , 只是在实测中临
界应变值的持续时间较临界含水率梯度值长 、 转换较慢 , 因此 , 为简化检测因子 , 可 以只用
临界含水率梯度值作为控制干燥质量指标 .
(二 ) 米储 、 拷树木材的干燥基准
这两种木材在干燥时 , 内部水分向表面移动十分缓慢 , 在干燥前期很容易形成陡峭的含
水率梯度 , 导致开裂或表面硬化 , 尤其是米储更为明显 . 针对这种特点 , 在上述试验的基础
上 , 制定了低中温高湿基准 (见表 6 、 表 7) . 经初步试验及对试验结果分析认为该基准可 以
一 6 3一
比较有效地干燥米储和拷树木材 , 以应生产之急用 .
表 6 3 2 m二 厚米储木材干燥基准
T a b lc 6 T h e d r y认 9 s c h e d u l e fo r 3 2m m
C
.
e a r le s ii
表 7 3 2m m 厚拷树木材千燥基准
T a b l e 7 T h e d r y i n g s e h e d u l e fo
r 3 2 m m
C
.
f
a r g e s i i
序号 干燥阶段 干球温度 (℃ ) 湿球沮度 (℃ ) 相对湿度 (% ) 序号 干燥阶段 干球温度 (℃ ) 湿球温度 (℃ ) 相对湿度 (% )
90875“48536700ō勺1、JO`ù咤曰.j心J13口O,亨曲矛n6ORù一名2.J41勺ù6月矛80声90如8175“4
ù、ó`J工、
43856.10生7i-ù6`U工产450678> 6 0%
60 ~ 4 0%
40 ~ 3 0%
30一 2 5%
2 5~ 2 0%
20 ~ 15%
< 15%
平衡处理
调湿处理
> 6 0%
6() ~ 40 %
4 0 ~ 30%
3 0 e 2 5%
2 5 ~ 2 0%
2 0 ~ 15%
< 15%
平衡处理
调湿处理
,压
23
参 考 文 献
南京林产工业学院主编 , 19 8 1 , 木材干燥 , 中国林业出版社 .
谢树艺 , 1 98 1 . 工程数学矢量分析与场论 . 人民教育出版社 ,
1 7 5 ~ 1 87
。
1 ~ 3 5
。
川z[]
3IJ 南京林产工业学院编 , I , 79 , 工程数学 , 1 06 ~ 12 .
(责任编样 葛丽都 )
T H E R E S E A R C H O N T H E D R Y IN G T E C H N O L O C Y
O F C A S T月N O P S IS C A R L E S H H A Y A N D
C A S 了讨刃口P S IS F只R G E S H F R A N C H
S u n L i n g k u n C h
(D e P
a r tm e n t o f w
o o d S e i e n e e
A b s t r a e t
口月 y 口 O
a n d T e e h n o ] o g y )
A n e w m c t h o d w a s s t u d i e d o f e o n t r o ll i n g d r y i n g P r o e e s s o f t a k in g c r i t i e a l m o i s t u r e e o n
-
t e n t g r a d i e n t a n d e r i t i e a l t e n s i le s t r a i n b e of r e w o o d s u r af e e e h e e k s a s a t a r g e t
.
T h e d r y i n g
t e e h n o l o g y o f C
.
c a r le s i H a y a n d C
.
of
r g e s i i F r a n e h h a d b e e n t e s t e d i n a i r k i ln
.
A l o w
,
m id d le
t e m P e r a t u r e a n d h i g h h u m id i t y d r y i n g s e h e d u l e h a d b e e n a d v a n e e d
.
I t e a n e if e i e n t l y d r y C
.
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T h e r e s u l t P r o v id e s a m e t h o d fo r m a k i n g d r y i n g sc h e d u l e
a n d a b a s i s fo r a e o n t r o zxi n g m e t h o d o r w o o d k i l n d r y i n g
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K e y w o r ds C r i t i e a l m o i s t u r e e o n t e n t g r a d i e n t : C r i t i e a l t e n s i le s t r a i n : D r y i n g s e h e d u l e
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